Διερεύνηση των μηχανολογικών εφαρμογών των πολυμερικών οδοντωτών τροχών

Μακρής, Διονύσιος

Overview of mechanical applications of polymeric gears

Διπλωματική εργασία

Author

Μακρής, Διονύσιος

Date

2021-03-05

Advisor

Τσολάκης, Αντώνιος

Διπλωματική Εργασία (4.540Mb)

Keywords

Οδοντωτοί τροχοί ; Πολυμερικοί οδοντωτοί τροχοί ; Σύνθετα υλικά

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τη διερεύνηση των μηχανολογικών εφαρμογών όπου είναι δυνατή η χρήση πολυμερικών οδοντωτών τροχών. Η χρήση πολυμερικών οδοντωτών τροχών σε δυναμικά συστήματα έχει πολλά πλεονεκτήματα αφού οι τροχοί αυτοί έχουν σημαντικά μικρότερη πυκνότητα από τους μεταλλικούς οδοντωτούς τροχούς, απορροφούν καλύτερα τους κραδασμούς και συνήθως δεν απαιτούν καθόλου λίπανση. Το βασικό εμπόδιο στην ευρεία χρήση τους στις βιομηχανικές εφαρμογές είναι η μικρή φέρουσα ικανότητα φορτίου που έχουν σε σχέση με τους μεταλλικούς τροχούς. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται όλες οι εξελίξεις που έχουν παρουσιαστεί στη βιβλιογραφία σχετικά με την αύξηση της αντοχής των πολυμερικών οδοντωτών τροχών είτε με βελτιστοποίηση της γεωμετρίας τους, είτε με χρήση ενισχύσεων για το σχηματισμό σύνθετων υλικών. Τα αποτελέσματα από τις αναλύσεις των πεπερασμένων στοιχείων και των πειραματικών μετρήσεων δείχνουν ότι οι πολυμερικοί οδοντωτοί τροχοί μπορούν να φτάσουν σε αντοχές τους αντίστοιχους μεταλλικούς και για αυτό ήδη χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές όπως της αυτοκινητοβιομηχανίας, της αεροναυπηγικής και της τεχνολογίας τροφίμων. Με αυτό το ρυθμό εξέλιξης σύντομα οι πολυμερικοί οδοντωτοί τροχοί θα αποτελούν μια αξιόπιστη εναλλακτική στους μεταλλικούς τροχούς στις περισσότερες εφαρμογές μετάδοσης ισχύος.

Abstract

The present thesis concerns an overview of mechanical applications where the use of polymer gears is possible. The use of polymer gears in dynamic systems has many advantages as these gears have significantly lower density than metal gears, absorb vibrations better and usually do not require any lubrication. The main obstacle to their widespread use in industrial applications is the low load-bearing capacity they have in relation to metal gears. This thesis presents all the developments that have been presented in the literature regarding the increase of the strength of polymer gears either by optimizing their geometry, or by using reinforcements for the formation of composite materials. The results from the finite element analyses and the experimental measurements show that the polymer gears can reach the strengths of their metal counterparts and for this reason they are already used in many applications such as automotive, aeronautics and food technology. At this rate, polymer gears will soon be a reliable alternative to metal gears in most power transmission applications.